Jak wykryć zwarte uzwojenia w transformatorach
W tym dokumencie opisano szczegółowo techniki wykorzystywane w testerach serii AT firmy Voltech do wykrywania zwarć uzwojeń w transformatorach.
Wprowadzenie: wykrywanie zwartych zwojów w uzwojeniach transformatora
Transformatory i induktory są krytycznymi elementami w systemach elektrycznych, składającymi się z wielu zwojów drutu nawiniętych wokół rdzenia magnetycznego wykonanego z żelaza, ferrytu lub powietrza. Uzwojenia te są niezbędne do wydajnego przesyłu energii. Transformatory zazwyczaj mają wiele uzwojeń, podczas gdy induktory zazwyczaj składają się z jednego uzwojenia.
Wykrywanie zwartych zwojów w transformatorach, zwłaszcza tych z cienkim drutem lub wieloma zwojami, jest kluczowe dla zapewnienia długoterminowej niezawodności. Niewykryte usterki uzwojeń mogą powodować wzrost temperatur podczas pracy, co prowadzi do stopienia miedzi i zwarć o niskiej rezystancji, które pogarszają funkcjonalność transformatora. Voltech AT5600 oferuje zaawansowane możliwości testowania w celu wykrywania takich usterek na wczesnym etapie procesu produkcyjnego, zmniejszając ryzyko awarii w terenie.
Voltech AT5600 oferuje zaawansowane możliwości testowe pozwalające wykryć tego typu błędy na wczesnym etapie procesu produkcyjnego, zmniejszając ryzyko wystąpienia usterek w terenie.
Zaawansowane metody wykrywania zwartych zwojów za pomocą AT5600
Tester Voltech AT5600 wykorzystuje dwie główne metody testowania w celu identyfikacji zwarć uzwojeń i słabych punktów izolacji w transformatorach i cewkach indukcyjnych:
Badanie SURGE lub impulsowe (SURG) - przeznaczone do cienkich drutów lub uzwojeń wysokiego napięcia.
Badanie MOCY NAPIĘCIOWEJ (STRW / STRX) - nadaje się do uzwojeń napięcia liniowego.
W obu poniższych przypadkach omówimy skutki obciążania uzwojenia pierwotnego, należy jednak pamiętać, że poprzez podstawową indukcję napięć we wszystkich uzwojeniach, będziemy testować żywotność WSZYSTKICH uzwojeń transformatora.
Z tego powodu należy zawsze przeprowadzać próbę obciążeniową uzwojenia o największej liczbie zwojów. Dzięki temu można mieć pewność, że na żadnym uzwojeniu nie indukuje się napięcia większego niż generowane, a tym samym chronić tester UUT i AT.
Badanie udarowe lub impulsowe (100 V - 5 kV DC)
Ponieważ nie ma powszechnie zdefiniowanej metody ani parametru pomiarowego dla tego typu testu, do przeprowadzenia testów porównawczych wymagany jest idealny przykładowy komponent.
Idealny komponent będzie punktem odniesienia, a zmierzony wynik będzie wykorzystywany jako wartość porównawcza.
Poziom napięcia i liczba niezbędnych impulsów zależą od całkowitego naprężenia, jakie ma zostać przyłożone do uzwojenia danego elementu.
Na przykład, w przypadku awarii trójkołowego transformatora piorunowego, transformator zasilany z sieci może być narażony na skoki napięcia do 2 kV z surowego napięcia sieciowego, dlatego trzy impulsy o napięciu 3 kV powinny odpowiednio sprawdzić i obciążyć uzwojenia pod kątem niedoskonałości izolacji międzyzwojowej.
Każdy wstrzyknięty impuls wysokiego napięcia wywoła określony charakterystyczny czas zaniku napięcia przejściowego.
Słaba izolacja i/lub zwarte zwoje powodują rozproszenie części energii, co skutkuje krótszym czasem zaniku.
RYSUNEK 1 (zanik w funkcji czasu jednego impulsu z testu udarowego, lewa = dobra część, prawa = zła część).
Test „SURGE” serii AT umożliwia wykonanie testu udarowego wysokiego napięcia od 100 V do 5 kV i wybór od 1 do 99 impulsów
Sygnał testowy jest generowany poprzez rozładowanie kondensatora w uzwojeniu testowanej części, a następnie zmierzenie długości relacji rezonansowej pomiędzy kondensatorem (w AT) a cewką (UUT).
Jeżeli program testowy zażąda wielu impulsów, to po wykryciu przez AT, że impuls rezonansowy osiągnął zero, kondensator zostanie ponownie naładowany, a następnie ponownie rozładowany w celu wygenerowania następnego impulsu.
Zajmuje to około 100–200 ms między końcem jednego zaniku impulsu a początkiem następnego zaniku impulsu
Użytkownik nie ma zdefiniowanego parametru czasowego dla impulsu i następującego po nim pomiaru, ponieważ szybkość zaniku zależy od relacji pomiędzy generatorem impulsu AT Surge a testowaną częścią.
Wyniki zwracane przez AT są przedstawiane jako pomiary woltosekundowe (tj. obszar pod wykresem zaniku).
Jeżeli transformator jest uszkodzony, zmierzony wynik będzie mniejszy niż w przypadku idealnego transformatora, ponieważ straty spowodują krótszy czas zaniku, a to z kolei przełoży się na mniejszy obszar pod wykresem.
Metoda SURGE jest lepsza od późniejszej metody STRESS WATT, gdyż wyższe dostępne napięcia naprężeniowe zapewniają lepszą czułość na uszkodzenie pojedynczego sąsiedniego uzwojenia.
Oczywiście, zastosowanie technologii SURGE wymaga również, aby konstrukcja elementu wytrzymywała tak wysokie impulsy, nawet jeśli został on prawidłowo wyprodukowany.
Podsumowanie testu SURGE
Stosując ten test jako parametr charakteryzujący konstrukcję transformatora, można wykryć części narażone na wczesną awarię, oceniając długość rezonansu w porównaniu z długością idealnego elementu odniesienia, który posłużył do zdefiniowania granic testu.
Wszelkie części z twardymi zwarciami między uzwojeniami lub słabymi punktami (na przykład w powłoce emaliowanej) ulegną przepaleniu pod wpływem naprężenia impulsu napięciowego. W takim przypadku można je wykryć i wycofać z produkcji w celu przeróbki lub złomowania.
Testowanie MOCY NAPRĘŻENIOWEJ (1-270 V AC)
Transformator nadal będzie pobierał pewną ilość prądu i energii podczas testowania go bez obciążenia z otwartym obwodem wtórnym.
Pobór mocy mierzony jest w watach i stanowi moc pobieraną przez cewkę poddaną działaniu prądu przemiennego.
Zwykle pobór prądu spowodowany stratami w rdzeniu (prądy wirowe i histereza) stanowi zaledwie kilka procent normalnego obciążenia, stąd można go zazwyczaj pominąć.
Badanie mocy WATT przeprowadza się zazwyczaj przy pełnym napięciu sieciowym i częstotliwości roboczej transformatora.
RYSUNEK 2 – Test WATT pierwotny 220 V @ 50 Hz, TR 5:1, wtórny 44 V @ 50 Hz
Jednakże bardzo powszechne i pożądane jest również „obciążanie” transformatora napięciem przekraczającym jego normalne napięcie robocze, aby zapewnić pewien margines kontroli jakości.
Tego typu testy wytrzymałościowe (w przeciwieństwie do zwykłych testów WATT) powinny być przeprowadzane przez dłuższy i stały okres, ponieważ słabości mogą nie ujawnić się w natychmiastowych warunkach.
W tym okresie naprężeń każdy nagły, gwałtowny wzrost mierzonej mocy wskazywałby na obecność uszkodzenia izolacji uzwojenia międzyzwojowego lub zwarcia zwoju, ponieważ przez defekt pobierany byłby większy prąd.
RYSUNEK 3 – TEST NAPRĘŻENIA WATT pierwotne 440 V przy 100 Hz, TR 5:1, wtórne 88 V przy 100 Hz
Prawo Faradaya pokazuje, że jeśli napięcie i częstotliwość wzrastają proporcjonalnie, straty rdzenia powinny pozostać mniej więcej takie same. Dlatego test obciążeniowy (STRW) można wykonać przy dwukrotności napięcia znamionowego i dwukrotności częstotliwości znamionowej transformatora.
Ponieważ zwiększyliśmy proporcjonalnie napięcie i częstotliwość od rysunku 2 do rysunku 3, straty w rdzeniu pozostaną takie same, co pozwoli na obciążenie uzwojeń większym napięciem niż stosowane podczas normalnej pracy.
Gęstość strumienia (B) w rdzeniu pozostanie taka sama
B ~ V / (f * A * N)
N = Liczba obrotów
A = Przekrój poprzeczny rdzenia
V = Przyłożone napięcie.
f = Częstotliwość stosowana
Notatki praktyczne
W rzeczywistości okaże się, że straty rdzenia rosną wraz z częstotliwością (straty rdzenia są funkcją gęstości strumienia ORAZ częstotliwości), nawet jeśli gęstość strumienia pozostała taka sama, stąd STRW może wskazywać wyższy wynik, ale wynik nadal będzie powtarzalny i charakterystyczny. Możesz zmniejszyć straty rdzenia, podwajając ponownie F, więc dla transformatora 100 V, 50 Hz możesz stwierdzić, że 200 V, 200 Hz jest bardziej odpowiednie niż 110 V/100 Hz.
Transformatory zasilające mają zwykle uzwojenie 240 V z odczepem umożliwiającym podanie 2 uzwojeń 120 V.
Podwojenie napięcia na uzwojeniu 240 V wymagałoby napięcia 480 V, co przekracza dopuszczalną wartość 270 V w teście STRW.
Tutaj sugerujemy:
a) Testowanie uzwojenia 120 V (jeśli je masz) indywidualnie przy 120 V (WATT) dla normalnej pracy, a następnie przy 240 V dla testu naprężeniowego (STRW). To z kolei wywoła 480 V w uzwojeniu 240 V, bez konieczności zasilania 480 V
Lub
b) Testowanie niższego napięcia wtórnego, przy dwukrotności napięcia roboczego. Podobnie, wywołałoby to 480 V na uzwojeniu pierwotnym, ale ponieważ węzły pierwotne nie byłyby używane w teście, izolacja 5 kV na otwartych węzłach testowych ochroni tester AT.
Podsumowanie testu STRW
Urządzenia AT5600 i AT3600 umożliwiają przeprowadzenie testu obciążeniowego (STRW) w zakresie od 1 V do 270 V przy częstotliwości od 20 Hz do 1500 Hz w celu wykrycia potencjalnych uszkodzeń w izolacji międzyzwojowej uzwojenia.
Użytkownik musi także określić czas trwania testu od 0,5 s do 180 s, podczas którego moc będzie stale monitorowana.
Wyniki testu podano w watach.
Jeśli wymagane jest zwiększenie napięcia i natężenia prądu, należy zastosować interfejs AC firmy Voltech z AT.
Umożliwia to użycie zewnętrznego transformatora podwyższającego napięcie lub źródła zasilania prądem przemiennym w celu wygenerowania wyższego napięcia (do 600 V) i natężenia prądu (do 10 A)
Sygnały testowe, pomiary i kryteria zaliczenia/zaliczenia są nadal automatycznie kontrolowane przez AT za pomocą 4 testów X: MAGX, WATX, STRX i VOCX.